Influência dos cânions urbanos, tráfego veicular e variáveis meteorológicas na concentração de NO² em área com intenso processo de verticalização (Fortaleza – CE)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ INSTITUTO DE CIÊNCIAS DO MAR GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS AMBIENTAIS

RAFAEL PEREIRA DOS SANTOS

INFLUÊNCIA DOS CÂNIONS URBANOS, TRÁFEGO VEICULAR E VARIÁVEIS

METEOROLÓGICAS NA CONCENTRAÇÃO DE NO2 EM ÁREA COM INTENSO

PROCESSO DE VERTICALIZAÇÃO (FORTALEZA – CE)

FORTALEZA 2018

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RAFAEL PEREIRA DOS SANTOS

INFLUÊNCIA DOS CÂNIONS URBANOS, TRÁFEGO VEICULAR E VARIÁVEIS METEOROLÓGICAS NA CONCENTRAÇÃO DE NO2 EM ÁREA COM INTENSO

PROCESSO DE VERTICALIZAÇÃO (FORTALEZA – CE)

Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Ciências Ambientais do Instituto de Ciências do Mar da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Ciências Ambientais.

Orientador: Prof. Dr. Rivelino Martins Cavalcante.

Co-orientadora: Ma. Camille Arraes Rocha.

FORTALEZA 2018

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará

Biblioteca Universitária

Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

S238i Santos, Rafael Pereira.

Influência dos Cânions Urbanos, Tráfego Veicular e Variáveis Meteorológicas na Concentração de NO2 em Área com Intenso Processo de Verticalização (Fortaleza-CE) / Rafael Pereira Santos. – 2018.

80 f. : il. color.

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Instituto de Ciências do Mar, Curso de Ciências Ambientais, Fortaleza, 2018.

Orientação: Prof. Dr. Rivelino Martins Cavalcante. Coorientação: Profa. Ma. Camille Arraes Rocha.

1. Cânions de rua. 2. Urbanização. 3. Qualidade do ar. I. Título.

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RAFAEL PEREIRA DOS SANTOS

INFLUÊNCIA DOS CÂNIONS URBANOS, TRÁFEGO VEICULAR E VARIÁVEIS METEOROLÓGICAS NA CONCENTRAÇÃO DE NO2 EM ÁREA COM INTENSO

PROCESSO DE VERTICALIZAÇÃO (FORTALEZA – CE)

Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Ciências Ambientais do Instituto de Ciências do Mar da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Ciências Ambientais.

Aprovada em: ___/___/______.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________ Prof. Dr. Rivelino Martins Cavalcante (Orientador)

Universidade Federal do Ceará (UFC)

_________________________________________ Prof. Dr. Bruno Vieira Bertoncini

Universidade Federal do Ceará (UFC)

_________________________________________ Dr. Jefferson Pereira Ribeiro

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A Deus.

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AGRADECIMENTOS

A Deus, por todas as bênçãos concedidas e pela fé que me manteve firme e forte em meio a tantas tribulações.

Aos meus pais, por todo o amor, carinho, cuidado e incentivo.

Às minhas irmãs, por todo amor, carinho, companheirismo e apoio emocional e financeiro. Ao meu orientador, professor Rivelino (The Best), pelo apoio e suporte a pesquisa, pela oportunidade de ter feito parte do Laboratório de Avaliação de Contaminantes Orgânicos – LACOr como bolsista e estagiário, por todo o conhecimento transmitido, pelas risadas, por ter me incentivado e acreditado na minha capacidade como cientista ambiental, pela confiança (um tanto quanto exagerada) e por esse apelido que carregarei para o resto da vida (rs).

À minha co-orientadora, Camille (<3), por toda preocupação, cuidado, dedicação, confiança, ensinamentos e competência. E por estar sempre nos informando sobre o “trânsito lunar” (sentimos falta disso kkkk...).

Aos Prof. Dr. Bruno Vieira Bertoncini e Dr. Jefferson Pereira Ribeiro, por terem aceitado o convite para participarem da banca.

À Elissandra, que tanto me ajudou durante esta pesquisa com o preparo de soluções, coletas e análises. A você minha gratidão, por ser essa pessoa prestativa, alegre e simpática. Pelas conversas e histórias compartilhadas. 

Ao Jefferson Ribeiro por toda ajuda durante os campos, alguns dos quais só foram possíveis devido a sua colaboração e eficiência, e pelas dúvidas tiradas.

Aos amigos com que o Curso de Ciências Ambientais me presenteou: Vitória, Régia, Elizi, Lucas, Leninha, Débora, Vanessa e Álef. Por todos os momentos compartilhados, sejam de felicidade ou desespero (kkk), por estarem sempre presentes tornando a vida na universidade mais divertida, por cada besteira, cada risada, pelo apoio, pelos conselhos, pelas saídas (poucas, porém ótimas). <3 <3 <3

Aos demais amigos e colegas do Curso de Ciências Ambientais, especialmente aos meus companheiros da turma de 2015.

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Aos companheiros do LACOr, Gabi Melo, Davi, Polly, Débora, Fernanda, Derley, Lorena, Gabi Barros, Luana e Íthala, por todo suporte e ajuda nas atividades do laboratório e desta pesquisa. Pelas conversas, músicas, gargalhadas... 

Ao Instituto de Ciências do Mar e aos motoristas “Piu Piu” e “Sr. Bandeira” pelo suporte durante as saídas para instalação e retirada dos amostradores.

Ao “Jota”, pela disponibilidade dos equipamentos e matérias do Laboratório de Aulas Práticas. À Universidade Federal do Ceará e ao Instituto de Ciências do Mar pela criação desse curso Incrível!!! Pelas bolsas concedidas e pelas oportunidades de ter conhecido um pouco mais da Geo e Biodiversidade do Ceará durante as saídas de campo.

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“Se você acha que o meio ambiente é menos importante que a economia, tente segurar a respiração enquanto conta seu dinheiro”

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RESUMO

A população mundial e as áreas urbanas têm aumentado aceleradamente nas últimas décadas. Esse crescimento, que dar-se principalmente de maneira desordenada, tem sido responsável por uma série de impactos ao meio ambiente. A poluição atmosférica constitui um dos principais problemas relacionados a esse crescimento, sendo apontada pela Organização Mundial da Saúde como a principal causa ambiental de mortes no mundo. O aumento do tráfego veicular e a presença de industrias em aglomerados urbanos representam as principais contribuições para a degradação da qualidade do ar. Aliando-se a isto, estão as condições desfavoráveis a dispersão dos poluentes causadas pelas características da superfície urbana (rugosidade, tipo de material, etc.), como aquelas observadas nos cânions urbanos, ambientes formados pelas paredes de dois edifícios e o solo entre elas. O objetivo deste trabalho é avaliar as concentrações de dióxido de nitrogênio (NO2) em uma área com intenso processo

de verticalização, buscando identificar a influência dos diferentes graus de profundidade (classes) de cânions urbanos, do volume de tráfego e de variáveis meteorológicas nas concentrações do analito. Para tal foram selecionados 3 cânions urbanos de cada classe presente na área de estudo (avenida de cânion, cânion regular e cânion profundo) no bairro Meireles, e 3 pontos controles no bairro Varjota, uma área com construções baixas e onde o fluxo de vento recebe menor resistência. Foram realizadas 5 campanhas de amostragem utilizando amostradores passivos que permaneceram nos pontos de coleta durante o período de uma semana nos meses de março, maio, julho, setembro e outubro/novembro. Os dados de tráfego veicular foram obtidos com a Autarquia Municipal de Trânsito e Cidadania de Fortaleza, e os dados meteorológicos com o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). A análise dos resultados foi feita utilizando estatísticas descritiva e inferencial. Observou-se que o tráfego veicular apresenta maior impacto sobre as concentrações de NO2, sendo responsável

por uma variação espacial das concentrações. Os níveis de NO2 apresentaram comportamento

inversamente proporcional a profundidade dos cânions urbanos, isto em termos médios, estando esse resultado ligado aos seus efeitos sobre as propriedades meteorológicas e climáticas da atmosfera urbana, mas principalmente ao fato de as avenidas de cânions terem maior volume de tráfego que os cânions profundos estudados. As variáveis meteorológicas apresentaram efeitos antagônicos sobre as concentrações de NO2 entre alguns locais,

sugerindo a variação entre a predominância de emissão/produção local ou transporte de áreas adjacentes.

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ABSTRACT

The world population and have increased rapidly in recent decades. This growth, which occurs mainly in a disorderly way, has been responsible for a number of environmental impacts. Air pollution is one of the main problems related to this growth and is pointed out by the World Health Organization as the main environmental cause of death in the world. The increase in vehicular traffic and the presence of industries in urban agglomerations represent the main contributions to the degradation of air quality. In addition to this, there are unfavorable conditions for the dispersion of pollutants caused by the characteristics of the urban surface (roughness, type of material, etc.), such as those observed in urban canyons, environments formed by the walls of two buildings and the soil between them. The objective of this work is to evaluate the concentrations of nitrogen dioxide (NO2) in an area with an intense verticalization process, aiming to identify the influence of different degrees of depth (classes) of urban canyons, traffic volume and meteorological variables in concentrations of the analyte. To this end, 3 urban canyons of each class present in the study area (canyon avenue, regular canyon and deep canyon) in the Meireles neighborhood, and 3 control points were selected in the Varjota neighborhood, an area with low buildings and where the wind flow receives lower resistance. Five sampling campaigns were carried out using passive samplers that remained at collection points during the period of one week in the months of March, May, July, September and October/November. The vehicular traffic data was obtained with the Municipal Authority of Transit and Citizenship of Fortaleza, and the meteorological data with the National Institute of Meteorology (INMET). The analysis of the results was done using descriptive and inferential statistics. It was observed that the vehicular traffic has a greater impact on the concentrations of NO2, being responsible for a spatial variation of the concentrations. The NO2 levels presented an inversely proportional behavior to the depth of the urban canyons, this in average terms, being this result related to its effects on the meteorological and climatic properties of the urban atmosphere, but mainly to the fact that the avenues of canyons have greater volume of traffic than the deep canyons studied. The meteorological variables presented antagonistic effects on the concentrations of NO2 between some sites, suggesting the variation between the predominance of emission/local production or transport of adjacent areas.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 _{ Seção transversal vertical da Terra e troposfera mostrando a CLP como a}

porção mais baixa da troposfera... 20

Figura 2 _{ Esboço conceitual e terminologia para as camadas mais baixas da} atmosfera sobre uma superfície rugosa... 21

Figura 3 _{ Sombra de vento a sotavento do edifício... 23}

Figura 4 _{ Sombra de vento e emissão de chaminés... 23}

Figura 5 _{ Inversão térmica e distribuição de poluentes... 25}

Figura 6 _{ Localização dos pontos de amostragem na área de estudo... 28}

Figura 7 _{ Esquema dos amostradores passivos fixados no suporte de acrílico... 29}

Figura 8 _{ Esquema ilustrativo do amostrador passivo utilizado... 30}

Figura 9 _{ Curva de calibração... 33}

Figura 10 _{ Concentração de NO}2 na 1ª campanha de amostragem... 36

Figura 11 _{ Concentração média de NO}2 por tipo de local e geral 1ª campanha... 36

Figura 20 _{ Concentração de NO}2 por campanha e média anual... 48

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 _{ Cronograma de amostragem... 29} Tabela 2 _{ Propriedades dos padrões para construção da curva de calibração... 33} Tabela 3 _{ Análise de variância (ANOVA) das [NO}2] entre os pontos na 1ª campanha 37

Tabela 4 _{ ANOVA (Bonferroni) [NO}2] entre as classes de cânions e os controles 1ª

campanha... 37 Tabela 5 _{ Análise de variância (ANOVA) das [NO}2] entre os pontos na 2ª campanha 39

Tabela 12 _{ Análise de variância (ANOVA) das [NO}2] entre as classes de cânions e os

controles na 5ª campanha... 47 Tabela 13 _{ Comparação das concentrações encontradas nesse estudo com outros}

estudos... 49 Tabela 14 _{ Correlação de Pearson entre concentração de NO}2, volume de tráfego e

razão H/L dos cânions... 49 Tabela 15 _{ Médias concentração de NO}2 e parâmetros meteorológicos para as 5

campanhas... 50 Tabela 16 _{ Correlação de Pearson entre concentrações de NO}2 e parâmetros

meteorológicos... 51 Tabela 17 _{ Padrões de Qualidade do Ar Brasileiros e da OMS... 54}

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

[NO2] Concentração de dióxido de nitrogênio

Abs. Absorbância

AL Atmosfera Livre

AMC Autarquia Municipal de Trânsito e Cidadania ANOVA Análise de Variância

Av. Avenida

Aw’ Clima tropical com chuvas de verão/outono CCs Compostos Carbonílicos

CH3OH Metanol

CLP Camada Limite Planetária CLU Camada Limite Urbana

CO Monóxido de carbono

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente COVs Compostos Orgânicos Voláteis

e. g. Exempli grata/por exemplo et al. et alii/e outros

FUNCEME Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos gl Grau de liberdade

H2O Água

HCHO Formaldeído

HO*

2 Radical hidroperoxilo

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INMET Instituto Nacional de Meteorologia

IPECE Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará LD Limite de detecção

LQ Limite de quantificação KI Iodeto de potássio KOH Hidróxido de potássio

MIT Massachusetts Institute of Technology MMA Ministério do Meio Ambiente

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NaNO2 Nitrito de sódio NEDA N-1-naftil-etilenodiamina NO Monóxido de nitrogênio NO2 Dióxido e nitrogênio NOx Óxidos de nitrogênio O Oxigênio atômico O2 Gás oxigênio O3 Ozônio OH* _{Radical hidroxila}

OMS Organização Mundial da Saúde

OPAS Organização Pan-Americana da Saúde p. ex. Por exemplo

p. Página

PC Período chuvoso

PQA Padrões de Qualidade do Ar Prof. Professor PS Período Seco Sen. Senador Sig. Significância SL Camada superficial SO2 Dióxido de enxofre tcrit t crítico UV-VIS Ultravioleta-Visível VMD Volume Médio Diário

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LISTA DE SÍMBOLOS % Porcentagem km Quilômetros m Metros hv Luz Ultravioleta λ Comprimento de onda

hab/km2_{Habitantes por quilômetros quadrados}

ºC Graus Celsius mm Milímetros

m/s Metros por segundo cm Centímetros µL Microlitros mL Mililitros g Gramas L Litros nm Nanômetros

µg/mL Microgramas por metro cúbico µg Microgramas

µg/m3 _{Micrometros por metro cúbico}

h Horas

m2_/h _{Metros quadrados por hora}

cm2_/s _{Centímetros quadrados por segundo}

º Graus

hPa Hectopacal

kJ/m2 _{Quilojaules por metro quadrado}

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 14 2 OBJETIVOS... 16 2.1 Objetivo Geral ... 16 2.2 Objetivos Específicos... 16 3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 17

3.1 Poluição Atmosférica e Qualidade do Ar Urbano... 17

3.2 Dispersão de Poluentes na Atmosfera Urbana e Qualidade do Ar... 18

3.2.1 Dispersão na Camada Limite Planetária: camada limite urbana... 20

3.3 Verticalização e Cânions Urbanos... 22

3.4 Dióxido de Nitrogênio (NO2)... 24

4 METODOLOGIA... 27

4.1 Área de Estudo... 27

4.2 Estratégia de Amostragem... 28

4.3 Metodologia de Amostragem... 30

4.3.1 Amostrador Passivo... 30

4.3.2 Preparo dos Filtros com Solução Seletiva de NO2... 31

4.4 Soluções Utilizadas Para Coleta e Análise de NO2... 31

4.4.1 Solução Absorvedora Seletiva de NO2... 31

4.4.2 Solução Reagente de Griess-Salzman... 31

4.4.3 Solução Estoque de Nitrito de Sódio... 32

4.5 Metodologia de Análise e Quantificação de NO2 Atmosférico... 32

4.5.1 Eluição e Análise dos Filtros... 32

4.5.2 Construção e Validação da Curva Padrão de NO2... 32

4.5.3 Quantificação do NO2 Atmosférico... 34

4.6 Dados Complementares: tráfego veicular e variáveis meteorológicas... 34

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 36

5.1 Concentrações de Dióxido de Nitrogênio por Campanha de Amostragem... 36

65.1.1 1ª Campanha de Amostragem... 36

(18)

5.2 Variação e Média Anual das Concentrações de NO2... 48

5.3 Influência das Variáveis Meteorológicas... 51

5.4 Conformidade com os Padrões de Qualidade do Ar Brasileiros e da OMS.. 55

6 CONCLUSÃO ... 58 REFERÊNCIAS ... 60 APÊNDICE A... 67 APÊNDICE B... 69 APÊNDICE C... 71 APÊNDICE D... 73 APÊNDICE E... 75

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1 INTRODUÇÃO

O crescimento populacional e o processo de urbanização têm se intensificado nas últimas décadas, fazendo com que cada vez mais pessoas residam em áreas urbanas. Em 2014, 54% da população mundial vivia nessas áreas e prevê-se que esse valor aumente para 66% em 2050, quando a população mundial deve alcançar o número de 9,8 bilhões de pessoas, um aumento de 2,5 bilhões de habitantes urbanos em relação a 2014 (UNITED NATIONS, 2015).

Em decorrência da intensidade das atividades antrópicas e do rápido e, em grande parte, desordenado crescimento urbano e industrial, muitos impactos ambientais têm sido observados nessas áreas, tendo por consequência diversos problemas de ordens ecológica, econômica e social, caminhando em direção oposta ao que se espera de um desenvolvimento sustentável. A poluição ambiental, redução de áreas verdes, perda de biodiversidade, formação de ilhas de calor, desigualdades sociais, estresse urbano e o aumento da pressão sobre os recursos naturais são alguns desses problemas (LOMBARDO, 1985; DECKER; ELLIOTT; SMITH, 2002; BUCCHERI FILHO; TONETTI, 2011).

Entre esses impactos, os problemas relacionados à qualidade do ar assumem uma dimensão muito preocupante, tornando-se um grave problema nos centros urbanos industrializados, com o aumento do número de automóveis que se somaram às indústrias como fonte de poluição (BRAGA, 2001). Desde então, os gases e partículas presentes na atmosfera têm ultrapassado as concentrações naturais, recorrentemente, degradando a qualidade do ar à medida em que atingem níveis capazes de causar danos à saúde e ao bem-estar humano e ao meio ambiente em geral.

Como consequência da redução de espaços para novas construções e do crescimento econômico das cidades, o espaço urbano toma outra dimensão, adotando um crescimento verticalizado. Segundo Oke (1988), essa verticalização do espaço urbano forma barreiras que interferem e alteram o fluxo do vento, criando microambientes com “clima próprio”, denominados cânions urbanos. Esses ambientes apresentam um grande potencial de poluição atmosférica. A redução da circulação do vento e a formação de vórtices diminuem a dispersão de poluentes, contribuindo para a degradação da qualidade do ar e para o aumento da concentração dessas substâncias na atmosfera desses ambientes (SANTAMOURIS et al., 2011; LIN et al., 2014).

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15 especialmente nas capitais. Os estudos realizados em cânions urbanos no país abordam, em grande parte, os efeitos microclimáticos. Poucos trabalhos contemplam a temática da poluição do ar com dados primários. Fortaleza, capital do estado do Ceará, é um exemplo dessas cidades onde o processo de verticalização tem se intensificado. Na cidade, a verticalização concentra-se, principalmente, em torno de áreas nobres (AGUIAR et al. 2017).

Dado o caráter recente destes estudos, os trabalhos investigando a influência da verticalização nas propriedades da atmosfera nesses microambientes, em especial, da poluição atmosférica, são escassos, cuja maioria deles são limitados à modelagem matemática. Sendo poucos aqueles que realizam coletas de dados em campo dentro dos cânions urbanos (e.g. VARDOULAKIS; GONZALEZ-FLESCA; FISHER, 2002; GENIKHOVICH, 2005; KRECL et. al., 2016; KARRA; MALKI-EPSHTEIN; NEOPHYTOU, 2017).

Tendo em vista a problemática de baixa dispersão de poluentes em cânions urbanos e os seus efeitos adversos, e a escassez de trabalhos sobre o assunto para a cidade de Fortaleza (CE), este trabalho propõe-se a fazer a avaliação da qualidade do ar dentro dos cânions urbanos, buscando identificar a influência do grau de verticalização, tráfego de veículos e meteorologia nas concentrações de dióxido de nitrogênio (NO2). Desta forma,

(21)

16

2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral

Avaliar os níveis de dióxido de nitrogênio (NO2) em cânions urbanos em uma área

com intenso processo de verticalização na cidade de Fortaleza (CE).

2.2 Objetivos Específicos

 Verificar a influência do grau de profundidade dos cânions urbanos nos níveis de NO2 na área de estudo;

 Estimar o impacto do tráfego de veículos nas concentrações de NO2;

 Analisar a influência de parâmetros meteorológicos nos níveis de NO2;

 Averiguar o atendimento dos resultados aos padrões de qualidade do ar vigentes nacional e da OMS.

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3 REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 Poluição Atmosférica e Qualidade do Ar Urbano

Entende-se por poluição atmosférica “[...] a presença ou lançamento, no ambiente atmosférico, de substâncias em concentrações suficientes para interferir direta ou indiretamente na saúde, na segurança e no bem-estar do homem, ou no pleno uso e gozo de sua propriedade” (DERISIO, 2012, p. 113). Bem como, possam causar danos à flora, à fauna, aos materiais e ao meio ambiente em geral (BRASIL, 1990).

Os poluentes atmosféricos podem ser de origem natural ou antropogênica. Poluentes de origem natural são aqueles emitidos por processos biológicos e geoquímicos, como o spray marinho e as cinzas vulcânicas. Enquanto os de origem antropogênica são aqueles derivados das atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis e a produção de cimento. Esses podem ser, ainda, classificados em primários, quando emitidos diretamente da fonte para o meio ambiente e secundários, quando resultantes das reações entre primários e/ou outras substâncias presentes na atmosfera. Suas fontes podem ser móveis (p. ex.: veículos, navios) ou fixas (p. ex.: chaminés industriais e domésticas).

A emissão de substâncias poluentes na atmosfera acontece desde antes do surgimento do homem na Terra, por meio das fontes naturais, como a decomposição da matéria orgânica e o vulcanismo. Todavia, a quantidade e frequência dessas emissões não representavam um grande impacto ao meio ambiente, salvo eventos extremos como as erupções vulcânicas. Com a descoberta do fogo, o homem passou a contribuir de forma atuante, embora não consciente, com a poluição atmosférica (BRAGA et al., 2001). Nos últimos séculos, com o desenvolvimento econômico e industrial e o crescimento urbano, as fontes antropogênicas, tais como atividades industriais e emissões veiculares, têm contribuído com a emissão de grandes quantidades de substâncias tóxicas para a atmosfera. Hoje, a poluição do ar é um grave problema ambiental e de saúde nos países desenvolvidos e em desenvolvimento, particularmente nos grandes centros urbanos industrializados (BRAGA et al., 2001; MENDES, 2004; RUSSO, 2010; KANADA et al., 2008 apud MOREIRA, 2017; CARVALHO, 2017).

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS) a poluição atmosférica é a maior causa ambiental de mortes em todo o mundo. Em relatório, a organização estimou que 6,5 milhões das mortes no mundo (11,6% dos óbitos em nível global), em 2012, estariam

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18 associadas à poluição do ar, das quais 3 milhões são referentes a poluição atmosférica em ambientes externos. Além disso, segundo a OMS, 92% da população mundial vive em áreas onde os níveis de poluentes excedem os padrões de qualidade do ar da organização (OPAS, 2016).

A qualidade do ar no ambiente urbano é deficiente, sendo os centros urbanos considerados ilhas de poluição do ar. Neles, as fontes antropogênicas de poluentes atmosféricos são principalmente o tráfego rodoviário e as atividades industriais, quando existentes (FERREIRA; OLIVEIRA, 2016). O tráfego veicular constitui a principal fonte de emissões atmosféricas, em países como o Brasil. Segundo Genikhovich et al. (2005), o impacto adverso dessas emissões à saúde pode ser grande, pois os poluentes atmosféricos relacionados ao trânsito são emitidos próximo ao nível do solo, não sendo tão diluídos quanto aqueles emitidos em alturas mais elevadas, dessa forma, podem ser inalados pelas pessoas. Ainda segundo o autor, dentro de cânions urbanos essa diluição torna-se mais limitada devido à presença de edifícios flanqueando a rua.

Os principais poluentes do ar urbano são: o material particulado, o ozônio (O3), o

dióxido de enxofre (SO2) e aerossóis ácidos, o monóxido de carbono (CO), e os óxidos de

nitrogênio (NOx) (CANÇADO et al., 2006). Entre os NOx, o dióxido de nitrogênio (NO2)

representa um dos principais poluentes no ambiente urbano, tendo por principais fontes os automóveis. O NO2, além de ser ofensivo a saúde humana, é também precursor do ozônio

troposférico e junto com outras substâncias presente no ar é responsável por problemas como o smog urbano e as chuvas ácidas.

3.2 Dispersão de Poluentes na Atmosfera Urbana e Qualidade do Ar

De modo geral, a qualidade do ar resulta (i) das emissões naturais e antrópicas, (ii) de reações químicas e/ou fotoquímicas e dispersão dos poluentes na atmosfera e (iii) de sua remoção através de imissão por seus receptores (homem, solo, materiais, rios, entre outros).

A dispersão atmosférica consiste na combinação entre os fenômenos de transporte (advecção) e difusão (molecular e térmica), que por sua vez, são resultado de fatores meteorológicos e climáticos – principalmente –, e das características da superfície subjacente, tais como topografia e tipo de material, sendo uma importante etapa no ciclo da poluição, atuando diretamente sobre o transporte de poluentes entre fonte e receptor e interferindo na qualidade do ar das cidades (LISBOA, 2007; BUCCO, 2010; ROCHA, 2017).

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19 Os fatores climáticos e meteorológicos determinam, em função da dinâmica atmosférica, as escalas de ocorrência da dispersão dos poluentes no ar. Essas escalas são (LISBOA, 2007):

(i) Escala sinótica (ou macroescala) – os fenômenos nessa escala são da ordem de 100 a 3.000 km de extensão horizontal e estão associados aos movimentos do ar que resultam da circulação geral da atmosfera, interagindo com as massas de ar (sistemas frontais), as altas pressões (anticiclones) e baixas pressões na troposfera. Na macroescala, baixas pressões e frentes representam condições favoráveis à dispersão, enquanto, altas pressões estacionárias e inversões térmicas (que inibem a dispersão vertical) representam condições desfavoráveis, reduzindo a velocidade do vento e aumentando as horas de calmaria.

(ii) Mesoescala – com extensão horizontal da ordem de 100 km e vertical variando de dezenas de metros até 1 km acima do solo, essa escala está relacionada aos movimentos das brisas terrestre e marítima, à circulação dentro de vales e aos fenômenos do efeito de ilhas de calor. Nessa escala, a qualidade do ar local é influenciada pelas variações diurnas da estabilidade atmosférica e pela topografia regional. Os fenômenos de mesoescala têm fundamental importância nos processos de transporte e dispersão sobre as emissões das fontes poluidoras; sendo as inversões térmicas de baixa altitude, a variação diária da altura da camada de mistura e a taxa de ventilação horizontal dessa camada, as principais variáveis meteorológicas atuando nesses processos.

(iii) Microescala – apresenta extensão horizontal em um raio menor que 10 km e vertical variando de 100 a 500 m acima do solo. Nesta, atuam os movimentos que resultam dos efeitos aerodinâmicos das edificações (de cidades e parques industriais), da rugosidade da superfície e da cobertura vegetal, sendo estes responsáveis pelo transporte e difusão dos poluentes. Nesses casos, a turbulência atmosférica, gerada por diversos pequenos obstáculos, é essencial na trajetória dos poluentes da fonte ao receptor, pois atuam sobre a direção e velocidade do vento.

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20 O estudo envolvendo os efeitos ambientais dos cânions urbanos são considerados como de microescala, por essa razão os fenômenos que estabelecem a dispersão de poluentes em microescala serão abordados com maiores detalhes a seguir, com ênfase nos processos que ocorrem na Camada Limite Planetária (também chamada de Camada Limite Atmosférica ou Camada Limite, de forma abreviada), especialmente aqueles que ocorrem na Camada Limite Urbana.

3.2.1 Dispersão na Camada Limite Planetária: camada limite urbana

A troposfera consiste na primeira camada da atmosfera, que se estende do nível do solo até cerca de 11 km de altitude, e é composta por duas camadas principais (figura 1): a Camada Limite Planetária (CLP – Boundary Layer), logo acima do solo; e a chamada Atmosfera Livre (AL – Free Atmosphere), localizada logo acima da CLP (ROCHA, 2017). Figura 1 – Seção transversal vertical da Terra e troposfera mostrando a CLP como a porção mais baixa da troposfera.

Fonte: Stull (2006).

A CLP pode ser entendida como a região da troposfera que é afetada pelas características da superfície terrestre. Sua espessura varia no espaço e no tempo, de dezenas de metros a 4 km ou mais, mas normalmente apresenta espessura entre 1 e 2 km. A turbulência e a estabilidade estática atuam formando uma forte e estável camada (Inversão de Nivelamento – Capping Inversion) entre a CLP e a AL, que retém a turbulência, os poluentes e a umidade abaixo dela – isto é, na CLP –, impedindo que a AL sofra com a maior parte dos efeitos da fricção da superfície (STULL, 2006).

A CLP se divide em outras duas, a camada superior (Outer Layer, 90% da CLP) e a camada superficial (Surface Layer – SL, 10%). Embora a CLP seja definida como a parte da

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21 troposfera que é afetada pelas propriedades da superfície, é apenas na parte mais baixa da SL – na vizinhança imediata dos elementos de rugosidade (pedras, vegetação, árvores e edifícios) – que é observada a influência direta das características da superfície sobre o estado da atmosfera. Por essa razão a SL também é tratada por subcamada de rugosidade (ROTACH; CALANCA, 2015). Quando a superfície subjacente a SL é uma cidade, esta pode ser chamada também por camada limite urbana (CLU).

Figura 2 – Esboço conceitual e terminologia para as camadas mais baixas da atmosfera sobre uma superfície rugosa.

Fonte: Rotach e Calanca (2015).

A turbulência, gerada pelo cisalhamento do vento associado a rugosidade da superfície e/ou fluxos ascendentes de calor, é responsável por dispersar horizontalmente e verticalmente as substâncias emitidas para a CLP (REIS, 2016). Horizontalmente os poluentes são transportados pelo fluxo de vento e, verticalmente, ocorre a difusão causada pelo gradiente térmico vertical (BUCCO, 2010).

Além dos obstáculos, o perfil térmico da CLP exerce importante papel na turbulência atmosférica, consequentemente nas propriedades dos fluxos de vento. Esses perfis resultam das trocas de calor com a superfície e de fenômenos em larga escala. Quando a temperatura de uma parcela de ar é superior à do ambiente envolta ela pode ascender facilmente, favorecendo a dispersão (vertical) de poluentes. Porém, se a parcela apresentar temperatura menor que a do ambiente, encontra dificuldade para ascender, favorecendo o acúmulo de poluentes (BOÇON, 1998; ROCHA, 2017).

(27)

22

3.3 Verticalização e Cânions Urbanos

A verticalização urbana pode ser definida como a implantação de construções verticais (edifícios), ocorrendo através desse processo a multiplicação do solo. Tal processo pode ocorrer por diferentes motivos: otimização do espaço, valorização imobiliária do terreno e da região onde são construídos, barateamento do custo final do terreno pela geração de um número maior de unidades, valorização do capital ou até mesmo pela falta de espaços para construções horizontais (TUMASZ JUNIOR, 2016).

Segundo Mendes (2009, p.19, apud TUMASZ JUNIOR, 2016), “o processo de verticalização, apreendido como o processo de construção de edifícios de quatro pavimentos ou mais, representa uma das características simbólicas da urbanização brasileira”. Um fenômeno recente no país, tendo início no século XX, apresentando o uso residencial como principal prioridade (AFONSO, 2011).

A verticalização representa uma resposta inevitável ao desenvolvimento urbano, constituindo-se um marcador de vitalidade econômica (LIN et al., 2014). Conforme França e Almeida (p. 587, 2015), “residir em edifícios é uma nova ideologia que representa status social com boa infraestrutura urbana e localização, além de segurança”. No entanto, a verticalização implica em transformações morfológicas e espaciais das áreas urbanas que podem ter efeitos negativos. Como mencionado na seção 3.2, os obstáculos presentes nas cidades influenciam o fluxo do vento afetando a dispersão de poluentes e o clima local. Esses efeitos são mais claramente observados nos chamados cânions urbanos.

Os cânions urbanos são um produto da verticalização urbana. Consistem em ambientes formados pelas paredes e o solo (normalmente a rua) entre dois edifícios adjacentes (NUNEZ; OKE, 1977). Os microambientes de cânion de rua são de particular interesse para investigação da qualidade do ar, pois são áreas onde grande quantidade de poluentes são emitidos próximo ao nível do solo, por esgotos, veículos a motor e perto do nível do telhado em chaminés domésticas (ou industriais), e que apresentam condições limitadas de dispersão local (SINI; ANQUETIN; MESTAYER, 1996; KRECL et al., 2015).

O calor e o vento (dois fatores extremamente importantes para dispersão) podem ser muito afetados pelo formato do cânion, podendo colaborar ou prejudicar a dispersão de poluentes. As figuras abaixo (figura 3 e 4) ilustram algumas possíveis interações entre o vento, os poluentes e os pedestres. Observa-se que o fluxo de ar que escorre sobre os prédios pode

(28)

23 varrer os poluentes ao longo dos corredores de tráfego e acima dos edifícios para o caminho dos pedestres, e que um vórtice de ar é criado a sotavento dos edifícios, acumulando os poluentes (MIT, 2009).

Figura 3 – Sombra de vento a Figura 4 – Sombra de vento e emissão sotavento do edifício de chaminés

Fonte: SPIRN (1986). Fonte: SPIRN (1986). A razão (H/L) altura dos edifícios (H) por largura da rua (L) é apontada como o principal parâmetro geométrico que afeta a ventilação dentro dos cânions (KARRA; MALKI-EPSHTEIN; NEOPHYTOU, 2017). Em cânions urbanos homogêneos onde o fluxo de vento é perpendicular ocorre a formação de vórtices que dificultam ou impedem a dispersão dos poluentes emitidos dentro do cânion. A formação desses vórtices depende da estabilidade atmosférica e da velocidade do vento, sendo necessárias velocidades acima de 1,5-2 m/s (De PAUL; SHEIH, 1986; NAKAMURA; OKE, 1988, apud KARRA; MALKI-EPSHTEIN; NEOPHYTOU, 2017).

Em uma campanha de campo realizada em 2000, Schatzmann et al. observaram que as concentrações de poluentes variavam dependendo se o vento de fundo era perpendicular, oblíquo ou paralelo ao cânion de rua. Karra et al. (2011) mostraram que as concentrações, perto do solo, são mais afetadas pela proximidade com a faixa de tráfego do que pelas condições meteorológicas (apud KARRA; MALKI-EPSHTEIN; NEOPHYTOU, 2017).

Nos cânions urbanos a dispersão horizontal é prejudica devido ao barramento e a diminuição da velocidade do ar pelos edifícios. Além da formação de vórtices também contribui para a diminuição da dispersão vertical. Outro fator que impede a dispersão vertical dos poluentes é a diminuição da temperatura do ar dentro dos cânions (figura 5).

(29)

24 Figura 5 – Inversão térmica e distribuição de poluentes

Fonte: SPIRN (1986) Normalmente a temperatura do ar é maior quanto mais próxima do nível do solo.

No entanto, prédios altos impedem que a luz do sol entre no cânion até o final do dia, fazendo com que o ar na base do cânion permanece mais frio que o ar acima dele, gerando uma inversão térmica. A inversão térmica mantém o ar frio (mais denso) no fundo do cânion, contendo os poluentes emitidos pelo tráfego (MIT, 2009).

3.4 Dióxido de Nitrogênio (NO2)

O dióxido de nitrogênio é um gás, que em altas concentrações apresenta coloração avermelhada e odor irritante. É um poluente que pode ser primário ou secundário, porém tem como principal fonte a rápida oxidação do monóxido de nitrogênio (NO) na atmosfera, assim constituindo-se como um dos principais poluentes secundários presentes na atmosfera das cidades (ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009).

No processo de combustão de qualquer material com o ar, o calor gerado promove a reação entre o gás nitrogênio (N2) e o gás oxigênio (O2) presentes na atmosfera, resultando

na produção de NO (reação 1). Quanto maior a temperatura, maior a quantidade produzida (ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009).

N2 + O2⇌ 2 NO (1)

O NO é rapidamente oxidado para NO2 na atmosfera, acontecendo principalmente

a oxidação pelo ozônio (O3) (reação 2). Na presença de radiação ultravioleta, o NO2 é

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25 NO+ O3 → NO2 + O2 (2)

NO2 + hv (λ ≤ 430 nm) → NO + O (3)

O + O2 → O3 (4)

O radical hidroxila (OH*_{) formado pela fotólise do O}

3 em presença de vapor de

água (reações 5 e 6) e pela fotodecomposição de compostos carbonílicos (CCs), como o formaldeído (HCHO), na presença de NO (reações 7 e 8) também são responsáveis pela produção secundária de NO2. O3+ hv → O2 + O (5) O + H2O → 2 OH* (6) 2 O2+ HCHO + hv → 2 HO*2 + CO (7) HO* 2 + NO → NO2 + OH* (8)

As fontes antrópicas de NO2 são a combustão de combustíveis fósseis para

geração de energia, aquecedores e veículos com combustão interna nos motores, sendo esta última a principal colaboradora para a poluição por NO2. Do NOx emitido pelos veículos,

aproximadamente 90% é NO e 10% NO2. A maior parte do NO2 atmosféricoé resultado das

reações fotoquímicas e de oxidação apresentadas. Entre as fontes naturais estão os vulcões, a ação de microrganismos e raios (OMS, 2000; BRAGA et al., 2001; VIEIRA, 2009).

Sendo o NO2 um precursor do O3, ele está envolvido com a formação do smog

fotoquímico. O smog fotoquímico é um fenômeno que ocorre principalmente em regiões industrializadas ou em cidades com grande fluxo de veículos, como resultado da quebra do estado fotoestacionário apresentado nas reações 2, 3 e 4. O smog se caracteriza pela formação de uma neblina de cor amarelada, decorrente da presença de pequenas gotículas de água contendo produto de reações químicas envolvendo poluentes, o que diminui a visibilidade da atmosfera (ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009; BAIRD et al., 2011).

O NO2 é apontado pela OMS (2000) como o óxido de nitrogênio (NOx) mais

relevante em termos de efeitos à saúde humana. Em concentrações elevadas apresenta efeitos altamente tóxicos por ser um agente oxidante. Devido sua baixa solubilidade, quando inalado chega as regiões mais periféricas do pulmão (OMS, 2000; BRAGA et al., 2001).

(31)

26 Quanto aos seus efeitos, o Ministério do Meio Ambiente (MMA), órgão responsável por tratar de questões ambientais em âmbito nacional no Brasil, destaca que concentrações elevadas de NO2 “podem levar ao aumento de internações hospitalares,

decorrente de problemas respiratórios, problemas pulmonares e agravamento à resposta das pessoas sensíveis a alérgenos” (MMA, 2018).

(32)

27

4 METODOLOGIA

A seguir são apresentados a área de estudo, os métodos e técnicas utilizados na medição das concentrações de NO2 e os dados complementares utilizados.

4.1 Área de Estudo

A cidade de Fortaleza, capital do estado do Ceará, está localizada a 3º 43' 02" Sul de latitude e 38º 32' 35" Oeste de longitude, no litoral norte do Brasil. Segundo o último censo do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), a cidade contava em 2010 com 2.452.185 habitantes, valor estimado para 2.627.482 habitantes em 2017. É o quinto município mais populoso e nono em densidade demográfica (7.786,44 hab/km2_{) no país}

(IBGE, 2018; IPECE, 2016).

Fortaleza possui clima do tipo Aw’, classificação climática de Köppen, correspondendo ao macroclima da faixa costeira, tropical chuvoso, quente e úmido, com temperatura média de 26,6 ºC. O município apresenta alto índice de umidade relativa do ar, devido a influência marítima e alta taxa de evaporação (LEITE, 2010). Tendo dois períodos pluviométricos bem definidos: o período chuvoso no primeiro semestre do ano, sendo mais evidente na quadra mensal de fevereiro a maio; e o período seco no segundo semestre, com maior intensidade durante a quadra mensal de agosto a novembro (MOURA et al., 2015). A pluviosidade média anual é de 1330 mm (FUNCEME, apud IPECE, 2016), sendo influenciada, principalmente, pela Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Quanto aos ventos, são predominantes de leste e sudeste, com velocidade média anual de 3,7 m/s (LEITE, 2010; PETALAS et al, 2001; MOURA, 2008 apud AGUIAR et al., 2017).

O padrão de uso e ocupação do solo é diferenciado em várias áreas da Cidade, sendo a zona leste caracterizada por uma intensa verticalização, principalmente, nos bairros Meireles, Aldeota, Mucuripe, Varjota e Cocó, onde reside a população com maior poder aquisitivo. Nos setores oeste e sudoeste há predominância de bairros populares e de grandes concentrações de aglomerados subnormais (LIMA, 2013).

A área de estudo fica localizada na porção leste do bairro Meireles, em Fortaleza-CE. O bairro possui a maior renda média da capital e uma população de 36.982 habitantes (IPECE, 2012). Atualmente a área apresenta predomínio de condomínios verticais de alta renda, detendo condições privilegiadas de infraestrutura, serviços e comércio (RUFINO, 2012; AGUIAR et al, 2017).

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28 Foram selecionados 9 dos cânions urbanos caracterizados por Aguiar et al. (2017), 3 para cada classe (avenida de cânion, cânion regular e cânion profundo), para fins de comparação. Além disso, 3 pontos controles foram estabelecidos em locais com construções baixas e espaços abertos no bairro Varjota, vizinho a área de estudo, onde a rugosidade urbana exerce menor interferência sobre o fluxo dos ventos. A localização dos pontos é apresentada na figura 6.

Figura 6 – Localização dos pontos de amostragem na área de estudo

Fonte: elaborado pelo autor.

A seleção dos pontos se deu de maneira aleatória entre as ruas e avenidas, as quais tinham-se os dados de volume médio diário de veículos (VDM), utilizando como base para seleção das classes de cânions urbanos o mapa de classificação elaborado por Aguiar et al. (2017).

Os 12 pontos de amostragem (cânions urbanos e pontos de controle) estão distribuídos num total de 7 vias (ruas e avenidas), são elas: Av. Antônio Justa (Av. de cânion P1, cânion regular P2 e controle P10), Rua Ana Bilhar (Cânion profundo P3 e cânion regular P4), Rua Barbosa de Freitas (Cânion profundo P5 e cânion regular P7), Av. Senador Virgílio

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29 Távora (Av. de cânion P6), Rua Prof. Dias da Rocha (Cânion profundo P8 e av. de cânion P9), Rua Coronel Manuel Jesuíno (Controle P11) e Rua República do Líbano (Controle P12).

4.2 Estratégia de Amostragem

Foram realizadas 5 campanhas para coleta de NO2 nos 12 locais de amostragem

(figura 6), utilizando amostradores passivos fixados em postes, a aproximadamente 2,5 metros de altura, com intervalos médios de dois meses entre cada campanha, conforme cronograma abaixo. Os amostradores passivos permaneceram no local durante um período de 7 dias (exceto na 5ª campanha), sendo instalados e retirados entre 8 e 10 hrs da manhã, seguindo o cronograma da tabela 1. Para dar maior precisão aos resultados, a coleta em cada ponto foi feita em triplicata, utilizando um suporte contendo 3 amostradores (figura 7).

Tabela 1 – Cronograma de Amostragem

Campanha Período 1ª 20/03/18 a 27/03/18 2ª 23/05/18 a 30/05/18 3ª 17/07/18 a 24/07/18 4ª 18/09/18 a 25/09/18 5ª 30/10/18 a 07/11/18

Figura 7 – Esquema dos amostradores passivos fixados no suporte de acrílico

(35)

30 Dessa forma, as amostragens contemplaram os períodos chuvoso e seco da região. Assim, além de avaliar a qualidade do ar em cada local e analisar a influência dos graus de verticalização nas concentrações do analito, é possível analisar a influência da sazonalidade sobre os níveis de NO2 na área de estudo.

4.3 Metodologia de Amostragem de NO2 Atmosférico

A coleta de NO2 atmosférico foi feita por meio de amostragem passiva, que

consiste na utilização de um corpo cilíndrico (amostrador) cujas dimensões geométricas são conhecidas, possuindo uma única abertura que permite a entrada do ar a ser analisado. No interior desse objeto é inserido uma superfície (filtro) contendo uma substância capaz de absorver ou adsorver o analito de interesse. Diferentemente das técnicas de amostragem ativa, em que a passagem do ar é forçada através de um filtro (ou solução) com auxílio de bombas ou controladores de ar. Nos amostradores passivos a coleta do analito se dá de maneira espontânea por meio de difusão molecular. Esse fenômeno é baseado na primeira lei de Fick da difusão (BUCCO, 2010; SOUZA; FRANCISCO; CARDOSO, 2017).

4.3.1 Amostrador Passivo

O amostrador passivo utilizado para a coleta de NO2 foi produzido em laboratório,

trata-se de um tubo cilíndrico de teflon, com uma tampa de mesmo material, contendo uma abertura que permite a exposição do filtro (contendo a solução absorvedora seletiva para NO2)

no fundo do amostrador ao ar, conforme a figura 8. Além disso, uma tela de aço é posta junto à tampa para proteger o filtro e retenção de material grosseiro. O mesmo amostrador foi utilizado no trabalho de Marques (2017) para coleta de NO2, SO2 e O3.

(36)

31 Figura 8 – Esquema ilustrativo do amostrador passivo utilizado

Fonte: Marques, 2017.

4.3.2 Preparo dos Filtros com Solução Seletiva de NO2

Filtros de membrana de celulose foram cortados em círculos com 2,5 cm de diâmetro e, em seguida, impregnados com 100 µL de solução absorvedora seletiva para NO2

com o uso de uma pipeta automática. Após impregnação, os filtros foram colocados em um dessecador à vácuo onde permaneceram até ficarem completamente secos (em torno de 1 hora). Depois de secos, foram colocados nos amostradores e guardados em sacos herméticos para evitar a exposição ao ar até o momento da fixação nos pontos de amostragens. Um total de 39 filtros foram utilizados por campanha, 3 para cada ponto, mais 3 brancos (que permaneceram em um recipiente selado à vácuo).

4.4 Soluções Utilizadas Para Coleta e Análise do NO2

Durante o processo de coleta e análise do NO2 atmosférico é feito o uso de três

soluções químicas diferentes: solução absorvedora, solução reagente e solução estoque. O preparo e finalidade de cada uma é explicado nas seções seguintes.

4.4.1 Solução Absorvedora Seletiva de NO2

O preparo da solução absorvedora seletiva de NO2 consiste na diluição de 8,3 g de

iodeto de potássio (KI) e 1,122 g de hidróxido de potássio (KOH) em aproximadamente 40 mL de metanol (CH3OH) cada. A mistura final foi aferida para 100 mL em um balão

(37)

32 volumétrico de mesma medida. A solução é utilizada na impregnação dos filtros de celulose, e posteriormente colocadas no amostrador passivo.

4.4.2 Solução Reagente de Griess-Saltzman

A solução reagente de Griess-Saltzman foi preparada diluindo-se 5 g de sulfanilamida em 800 mL de água milli-Q contendo 9,2 mL de ácido fosfórico. Após a diluição, são adicionados 0,05 g de N-1-naftil-etilenodiamina (NEDA) e o volume final foi aferido com água milli-Q em balão volumétrico de 1 L. A reação desta solução com as substâncias presentes no filtro utilizado na coleta produz uma coloração rosa que permite a determinação da concentração de NO2 através de espectrofotometria UV-VIS no comprimento

de onda de 540 nm.

4.4.3 Solução Estoque de Nitrito de Sódio

A solução estoque de nitrito de sódio (NaNO2) foi preparada diluindo-se 0,0203 g

de NaNO2 em água Milli-Q em um balão volumétrico aferido para um litro. Esta solução

funciona como um padrão de concentração conhecida, sendo utilizada para a construção da curva de calibração analítica do equipamento usado para fazer as leituras das concentrações de NO2 absorvidas nos filtros contendo a solução absorvedora.

4.5 Metodologia de Análise e Quantificação de NO2 Atmosférico

4.5.1 Eluição e Análise dos Filtros

Após os sete dias de coleta, os filtros impregnados com solução absorvedora expostos ao ar foram levados a laboratório, onde foi realizado o processo de eluição para a remoção do analito dos mesmos para análise de concentração. Cada filtro foi colocado em um Becker onde foi feito eluição com adição de 6 mL de solução reagente. Após 15 minutos de reação, o líquido foi transferido para cubetas de 4mL com caminho óptico de 1 cm. As cubetas foram então colocadas em um espectrofotômetro UV-VIS, onde foi feito análise da absorbância em comprimento de onda de 540 nm. Os valores de absorbância foram convertidos para concentração em mg/L por meio da equação da curva de calibração explicada na próxima seção.

(38)

33 Para a construção da curva de calibração foram utilizados 7 padrões feitos a partir da solução estoque de nitrito de sódio. Cada 1mL da solução estoque produz cor equivalente a 2,9 ∙ 10-7_{mol de nitrito ou 10 µL de gás NO}

2 (25 °C). Esta equivalência foi baseada na observação empírica que 0,72 mol de nitrito produz uma coloração equivalente a 1 mol de NO2.

Os padrões foram preparados adicionando diferentes volumes da solução estoque em balões volumétricos de 50 mL, posteriormente aferidos com solução reagente. Os volumes utilizados na construção dos padrões, a concentração de NO2 equivalente em cada um, e o

resultado da absorbância de cada padrão são apresentados na tabela 2.

Tabela 2 – Propriedades dos Padrões Para Construção da Curva de Calibração

Padrões Volume Adicionado _(mL) [NO2] Equivalente _(µg/mL) _{( λ = 540 nm)*}Absorbância

1 (branco) 0,000 0,000 0,001 2 0,492 0,200 0,146 3 1,232 0,500 0,367 4 2,462 1,000 0,714 5 4,920 2,000 1,421 6 9,860 4,000 2,734 7 12,320 5,000 3,490

Fonte: elaborado pelo autor. *Abs. Média das réplicas.

Para a validação do método/equipamento analítico e da curva, foram realizadas 10 réplicas dos padrões 1, 2, 3 e 4, que apresentam nenhuma, baixa, média e alta concentração/absorbância respectivamente. Devido à alta concentração nos padrões 5, 6 e 7, foram obtidos valores de absorbância maiores que 1, fazendo necessária a diluição dos mesmos para ter maior confiabilidade nos resultados. Em espectrofotometria absorbâncias superiores a 1 podem dá resultados menores que o real (desvio da Lei de Lambert-Beer), por isso se faz necessária a diluição do analito para análise, de forma que o resultado apresente valor menor que 1. A absorbância real do analito diluído é então corrigida pelo fator de diluição.

A partir dos resultados foi gerado uma reta de regressão linear (que equivale a curva de calibração do método/equipamento analítico) a partir dos resultados de absorbância e da concentração de NO2 em cada padrão. O gráfico abaixo (figura 9) apresenta essa reta.

(39)

34 Figura 9 – Curva de Calibração

Fonte: elaborado pelo autor. *Linearidade = 0,9998; LD = 0,0067 µg/mL; LQ = 0,0222 µg/mL.

4.5.3 Quantificação do NO2 Atmosférico

A quantificação da concentração média de NO2 no ar no período de amostragem é

calculada através da integração da lei de Fick da Difusão, apresentada abaixo.

Em que,

C = concentração do gás na atmosfera (µg/m3_);

m = massa do analito absorvida no filtro (µg);

L = comprimento do percurso de difusão (m); D = coeficiente de difusão (m2_/h);

A = área da seção transversal do percurso de difusão (m2_{); e}

t = tempo de amostragem (h).

A massa capturada no filtro é obtida multiplicando a concentração de NO2 na

solução analisada pela quantidade de mL de solução reagente utilizada na diluição. O percurso de difusão é a distância da abertura do amostrador passivo ao filtro dentro do mesmo; no caso do amostrador utilizado, 13 mm. O coeficiente de difusão adotado foi de 0,1361 cm2_/s,

conforme Massman (1998). O tempo de amostragem foi de 7 dias ou 168 horas. Todos os

(40)

35

4.6 Dados Complementares: tráfego veicular e variáveis meteorológicas

Os dados de tráfego veicular foram obtidos com a Autarquia Municipal de Trânsito e Cidadania (AMC) de Fortaleza. Correspondem ao volume médio diário (VMD) de veículos para o ano de 2017, para as cinco vias onde estão localizados os cânions urbanos amostrados. As variáveis meteorológicas temperatura do ar, humidade relativa, pressão atmosférica, radiação solar, precipitação e velocidade e direção do vento foram obtidos no site da Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) da estação automática Fortaleza – A305, localizada -3.815701ºde latitude e -38.537792ºde longitude.

(41)

36

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Concentrações de Dióxido de Nitrogênio por Campanha de Amostragem

A seguir são apresentados graficamente os resultados das concentrações médias de NO2 e os desvios padrões obtidos da amostragem em triplicata para cada um dos 12 pontos

medidos e para cada uma das 5 coletas realizadas. Também são apresentadas as médias e desvios padrões por tipo de área, isto é, área dos cânions urbanos e área dos controles, bem como para a área geral, que contempla os 12 pontos. Além desses resultados, foram realizados testes de análise de variância (ANOVA) para verificar se as diferenças nas concentrações entre os pontos e entre as classes de cânions e os controles são estatisticamente significativas (α = 0,05).

5.1.1 1ª Campanha de Amostragem

Durante a 1ª campanha, realizada entre os dias 20 e 27 de março, foi obtida maior concentração de NO2 na avenida de cânion equivalente ao ponto 6 (39,57 µg/m³), que

corresponde a Av. Sen. Virgílio Távora onde há maior volume de tráfego, 28.250 veículos por dia (VMD). Cabe ressaltar que se trata de um espaço mais aberto, em relação aos cânions profundos e regulares, e que fica adjacente ao cruzamento entre a Av. Sen. Virgílio Távora e a Rua Ana Bilhar, via de alto volume de tráfego (22.404 veículos por dia), podendo estar recebendo contribuição da mesma.

A menor concentração foi observada no controle P12 (14.98 µg/m³), onde a via é mais ampla e as construções adjacentes a elas são baixas e esparsas. Foi verificado durante a amostragem que há um baixo tráfego de veículos nesse ponto (P12). Na área dos cânions, a menor concentração medida foi no cânion regular P7 (15,29 µg/m³). Abaixo a figura 10 apresenta as concentrações médias e os desvios padrões da triplicata para cada ponto.

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37 Figura 10 – Concentração de NO2 na 1ª campanha de amostragem

As maiores concentrações foram obtidas nos pontos P1, P2, P3, P4, e P6, localizados nas vias de maior tráfego veicular. Enquanto as menores ocorrem em P5, P7, P8, P10 e P12. A concentração média nos cânions foi de 27,69±8,70 µg/m³. Os controles tiveram média de 17,62±4,39 µg/m³. No geral a concentração média de NO2 na área foi de 25,17±8,91

µg/m³, como pode ser visualizado na figura 11.

Figura 11 – Concentração média de NO2 por tipo de local e geral 1ª campanha

Observa-se que as concentrações foram maiores nas avenidas de cânions (32,83±8,46 µg/m³) e menores dos pontos controles. Os cânions profundos e regulares apresentaram, em média, valores similares (26,20±10,40 e 24,04±7,76 µg/m³, respectivamente).

A análise de variância (tabela 3) indica que existem diferenças estatisticamente significativas (α = 0,05) nos níveis de NO2 na área amostrada. O teste de ANOVA Post-Hoc

(43)

38 de Bonferroni, que é aplicado quando se tem um número pequeno de amostras, permitiu identificar quais pontos se diferenciam. A concentração média em cada ponto se difere de pelo menos outros dois, exceto para o cânion regular P2, que não apresentou diferença significativa de nenhum outro (ver apêndice A).

Tabela 3 – Análise de variância (ANOVA) das [NO2] entre os pontos na 1ª campanha

Fonte da variação SQ gl MQ F valor-P F crítico

Entre os pontos 2618,44 11 238,04 11,60 0,00 2,22

Dentro dos pontos 492,53 24 20,52

Total 3110,98 35

A verificação da existência de variação espacial nas [NO2] revela uma possível

diferença entre a emissão/formação e a dispersão de NO2 em cada local. Dessa forma, estas

variações podem estar associadas tanto as diferenças no tráfego de veículos entre cada local, como a parâmetros meteorológicos responsáveis tanto pela produção secundária do analito, quanto por sua degradação em outros compostos e ao transporte e dispersão deste.

O teste ANOVA Post-Hoc de Bonferroni (tabela 4) feito entre as classes de cânions urbanos e o controle (tipo de locais) mostrou não haver diferenças estatisticamente significativas entre as classes de cânions, porém foi observado diferença entre as médias das avenidas de cânions com a dos controles.

Tabela 4 – ANOVA (Bonferroni) [NO2] entre as classes de cânions e os controles 1ª campanha Locais Diferença _média Erro Sig. Intervalo de Confiança 95%

Limite inferior Limite superior

Controle e Av. de cânion -15,22* 3,77 0,00 -25,824 -4,610 Controle e Cânion regular -6,43 3,77 0,59 -17,033 4,181 Controle e Cânion profundo -8,58 3,77 0,18 -19,189 2,025 Av. de Cânion e Cânion regular 8,79 3,77 0,16 -1,816 19,398 Av. de Cânion e Cânion profundo 6,63 3,77 0,53 -3,973 17,241 Cânion regular e Cânion profundo -2,16 3,77 1,00 -12,764 8,450

(44)

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Na 2ª campanha, realizada entre os dias 23 e 30 de maio, a maior concentração ocorreu no cânion profundo P3 (42,83 µg/m³), seguido da av. de cânion P1 (39,21 µg/m³). O ponto P3 localiza-se na Rua Ana Bilhar, que apresenta VMD de veículos de 22.404 ‒ o 2º maior entre as vias amostradas ‒, estando adjacente ao cruzamento com a Av. Desembargador Moreira (28.719 veículos por dia) e pode estar recebendo um pouco de contribuição da mesma. A av. de cânion P1 encontra-se na Av. Antônio Justa, próximo a confluência da mesma com as Av. Desembargador Moreira e Av. da Abolição, vias com alto tráfego de veículos.

A Av. Antônio Justa ocupa a 3ª posição entre as vias com maior VMD de veículos entre os nove pontos analisados, com 19.158 veículos por dia. Assim como o ponto P6, o ponto P1 trata-se de um espaço mais amplo por ser uma avenida de cânion. Dessa forma, embora seja mais permeável e ofereça menos resistência ao fluxo do vento, a dispersão local tanto pode ser favorecida, contribuindo para uma redução da concentração de NO2, quanto

pode ocorrer o transporte do poluente de vias vizinhas para o local, aumentando a concentração. A predominância de um fenômeno ou outro depende de fatores como a velocidade do vento e de sua direção em relação ao eixo da rua.

Figura 12 - Concentração de NO2 na 2ª campanha de amostragem

A menor concentração foi medida no controle P10 (13,73 µg/m³), que apresenta características similares ao controle P12, as construções são mais próximas, porém baixas e há pouca movimentação de veículos. Na área dos cânions, a menor concentração observada foi no cânion profundo P8 (20,44 µg/m³), uma via mais sombreada devido a presença de árvores e com baixo VDM (6.000 veículos por dia). Os maiores níveis de NO2 ocorrem nos pontos P1,

(45)

40 P2, P3, P4, e P6, como na 1ª campanha. E os menores nos pontos P5, P8, P10, P11 e P12, onde o fluxo veicular é menor.

A análise de variância (tabela 5) indicou a existência de diferenças estatisticamente significativas nos níveis médios de NO2 entre os pontos amostrados.

Diferente da 1ª campanha, em que o cânion regular P2 não apresentou diferença entre os demais pontos, na 2ª coleta todos os 12 pontos apresentaram concentrações diferentes de pelo menos dois outros pontos, como mostra o resultado do teste Post-Hoc de Bonferroni (apêndice B).

Tabela 5 – Análise de variância (ANOVA) das [NO2] entre os pontos na 2ª campanha

Fonte da variação SQ gl MQ F valor-P F crítico

Entre os pontos 3204,64 11 291,33 15,59 0,00 2,22

Dentro dos pontos 448,49 24 18,69

Total 3653,12 35

A concentração média nos cânions foi de 31,48±8,71 µg/m³. Os controles tiveram média de 17,51±3,35 µg/m³. No geral o nível médio de NO2 na área foi de 27,99±9,85 µg/m³,

como mostra a figura 13.

Figura 13 – Concentração média de NO2 por tipo de local e geral 2ª campanha

Nota-se um comportamento similar ao da 1ª campanha, com as av. de cânion apresentando maiores concentrações que os cânions profundos (34,97±6,48 e 28,10±12,76 µg/m³, respectivamente). Nesta coleta os cânions regulares apresentaram um valor de [NO2]

média (31,38±7,94 µg/m³) entre o observado nas duas outras classes de cânion, diferente da 1ª campanha, onde obteve a menor concentração entre as classes. Nesse caso, houve uma relação

(46)

41 inversamente proporcional entre a concentração de NO2 dentro dos cânions e o grau de

profundidade (razão H/L) dos mesmos.

Os resultados do teste de ANOVA Post-Hoc de Bonferroni (tabela 6) indicam que os níveis de NO2 não se diferem estatisticamente entre os tipos de cânions. Todavia, as

concentrações nas avenidas de cânion e nos cânions regulares mostram-se diferentes dos controles.

Tabela 6 – ANOVA (Bonferroni) [NO2] entre as classes de cânions e os controles 2ª campanha

Locais Diferença _média Erro Sig.

Intervalo de Confiança 95% Limite inferior Limite superior Controle e Av. de cânion -17,46* 3,84 0,00 -28,257 -6,665 Controle e Cânion regular -13,87* 3,84 0,01 -24,667 -3,075 Controle e Cânion profundo -10,60 3,84 0,06 -21,392 0,201 Av. de Cânion e Cânion regular 3,59 3,84 1,00 -7,206 14,386 Av. de Cânion e Cânion profundo 6,87 3,84 0,50 -3,931 17,662 Cânion regular e Cânion profundo 3,28 3,84 1,00 -7,521 14,072

Fonte: elaborado pelo autor. * A diferença média é significativa no nível 0.05.

Na 3ª campanha, realizada entre os dias 17 e 24 de julho, a maior [NO2] foi obtida

novamente no cânion profundo P3 (40,24 µg/m³), seguido da av. de cânion P1 (39,30 µg/m³). A menor [NO2] medida foi no controle P12 (14,71 µg/m³). Na área dos cânions, o menor valor